专利名称：电化学癌肿治疗仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及治疗癌肿的仪器，尤其是一种电化学癌肿治疗仪。
国内外现有的电化学癌肿治疗仪，一般都采用可调稳压输出方式，多数仅有一路阳极输出，配以2～3路阴极输出(国外如瑞典、日本及荷兰Philips公司的试用产品;国内如WL、ZLY型等)，少数有两路独立阳极输出，如BA91型。这些治疗仪存在以下一些问题和缺点1.它们选择治疗电压作为首要的受控治疗参数，这从电化学治癌机理上看是不甚合适的;
2.在治疗中，流过肿瘤组织各部分的治疗电流大小有时很不一致(电流分配不均匀)，影响疗效，甚至可能使肿瘤在某一方向上加速增长;
3.由于随着治疗电压的调节，通过肿瘤组织的电流呈现出非线性变化的特征，这常使得患者不能适应，甚至使治疗过程变得难以控制;
4.独立阳极输出路数少，不能充分发挥阳极较强的治疗作用，不利于进一步提高疗效;
5.治疗路数少，有效治疗范围仅在5厘米以下;
6.为用户提供的现场信息较少。
本发明的目的是提供一种用计算机控制和管理的、具有多路阳极恒流和多路阴极均流输出的癌肿治疗仪，其操作方便可靠，治疗安全有效。
本发明设计思想的产生是这样的1.通过对电化学治疗机理的进一步研究，在国内外首先明确了电化学治癌仪器的设计应该以有效治疗电流作为首要的治疗参数加以控制，而不应选择治疗电压。治疗电压只应作为参考的治疗参数受到监测与调节，不宜选为主要的、可被予置的参数。这样对于治疗过程的控制才能更加有效更加主动;
2.通过动物试验我们发现，在电化学治癌中，阳极的治疗作用明显比阴极强烈，因此应该研制一种能够提供多路(4-16路)阳极输出的治癌仪;
3.通过分析总结临床治疗中的经验教训，在剖析其他电化学治癌仪的基础上，我们确认要解决治疗电流在肿瘤瘤体上均匀分配的问题，各路阳极应该设计成可以独立控制并具有可调稳流输出的功能，而各路阴极则应具有均衡电流的功能;
4.整个治疗过程应使用微机系统控制管理，为满足临床治疗中各种可能的需要，须开发功能完善的治疗控制与管理软件。
本发明的内容概括起来就是研制一种由微机系统控制管理的、具有多路(4-16路)独立可调恒流输出阳极和多路(12-48路)均流阴极的、操作使用更方便可靠、治疗更安全有效的新型电化学癌肿治疗仪。
本发明的目的是这样实现的电化学癌肿治疗仪由计算机、总线转换环节、D/A转换单元、A/D转换单元、稳压稳流环节及电极针电路组成。电极针电路多于两路，每一路由一个阳极和多于两路的阴极均流电路构成。用于实现计算机和仪器之间的电气相互隔离及信号联络的总线转换环节接在计算机总线和仪器总线之间，D/A转换单元的输入与仪器总线相接，其输出经稳压稳流环节处理后，分别接电极针的阳极和A/D转换单元的输入，A/D转换单元的输出挂在仪器总线上。
本发明在使用中，计算机以下面的方式控制和管理仪器治疗的全过程计算机从其总线送出表征治疗电流强度的数据及控制命令，并经总线转换环节送至仪器总线上，其中的电流数据从仪器总线经D/A转换单元转换成模拟量，经稳压稳流环节稳定后从各电极针输出。输出端呈现的电流、电压、电阻、库仑量等治疗数据则通过A/D转换单元回送到仪器总线上，再经总线转换环节传送到计算机中，由计算机对这些治疗信息进行处理、显示和调节。治疗结束后其结果可以打印输出。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
图1是本发明组成框图;
图2是本发明中D/A转换单元和稳压稳流环节的电路原理图;
图3是本发明中A/D转换单元电路原理图;
图4是本发明中阴极均流电路之一;
图5是本发明中阴极均流电路之二;
图6是本发明中阴极均流电路的均流作用示意图。
图1中的癌肿治疗仪由计算机1、总线转换环节2、D/A转换单元3、A/D转换单元4、稳压稳流环节5及电极针电路6组成。总线转换环节2做成印刷线路板插在计算机主机箱内，八路D/A转换3、一路A/D转换4、八路稳压稳流5和具有八路独立阳极输出和三十二路均流阴极的电极针电路6均放在治疗仪机箱内，总线转换环节2接在计算机总线7和仪器总线8之间，以实现计算机和仪器两者的电气相互隔离和信号联络;D/A转换3的输入与仪器总线8相接，其输出经稳压稳流5处理后，接电极针电路6和A/D转换4的输入端;A/D转换4的输出挂在仪器总线8上。
图中总线转换环节2由地址锁存器10、写数据锁存器11、读数据缓冲器12、控制信号发生器13、地址缓冲器14、数据写缓冲器15、数据读缓冲器16、控制信号驱动器17和用型号为TLP521-4的光耦片构成的多路光耦器9组成。其中地址锁存器10和写数据锁存器11均采用74LS374锁存器，它们的输入接计算机的数据总线DB，输出均接多路光耦器9的输入端;读数据缓冲器12采用74LS245总线收发器，其输入接多路光耦器9的输出，其输出接计算机的数据总线DB;控制信号发生器13采用74LS00与非门，其输入接计算机数据总线DB，其输出接多路光耦器9的输入;地址缓冲器14和数据写缓冲器15均采用74LS245，它们的输入接多路光耦器9的输出，它们的输出分别接仪器的地址总线AB1和数据总线DB1;数据读缓冲器16也采用74LS245，其输入接DB1，其输出接光耦器9的输入;控制信号驱动器17采用74LS07驱动器，其输入接多路光耦器9的输出，其输出接仪器的控制总线CB1。
在图2中，D/A转换单元由输入端口与仪器总线DB1相接的数据缓冲器18、输入端接仪器总线AB1和CB1的地址译码器19及八个D/A转换器20组成，稳压稳流环节分成相同的八路，每一路由依次串联的稳压放大器21、稳流放大器22和驱动器23组成;每一路电极针电路由一根阳极、四根阴极及每根阴极与电路地之间的具有均流功能的电路28组成(图中仅画出一路D/A转换器、稳压稳流环节及电极针电路)。其中数据缓冲器18的输出接各路D/A转换器20的数据输入口;地址译码器19的八个输出分接各路D/A转换器20的启动转换脚;每路D/A转换器20的两个输出接至对应稳压放大器21的两个输入端，后者的输出与D/A转换器20的内部反馈脚相连，这样稳压放大器21便接成负反馈形式。稳流放大器22接成同相输入双环电流负反馈形式，其第一个反馈环由接在稳流放大器22的同相输入端与驱动器23的发射极之间的电阻R1和R2串联支路组成，其第二个反馈环由接在稳流放大器22的反相输入端与驱动器23的发射极之间的电阻R3组成。每一路电极针电路的阳极与电阻R1和R2的串联点B连接，相应的四根阴极的末端经均流电路28接地。双环电流负反馈的作用机理是这样的若负载电流发生了变化(设负载电流减小)，则在第一个反馈环中有Io↓→Ii↓→V+↑→Vb↑→Ie↑→Io↑，在第二个反馈环中有Io↓→Ie↓→V-↓→Vb↑→Ie↑→Io↑，可见两环反馈的结果都使电流得到了稳定。
图中数据缓冲器18采用74LS244线接收发器;地址译码器19采用74LS138译码器;D/A转换器20采用DAC0832;稳压放大器21采用TL074运放;稳流放大器22采用741运放。
图3中的A/D转换单元由输入端接仪器总线DB1的通道选择控制器24、多路开关25、A/D转换器26和输出端接仪器总线DB1的数据接收器27组成。通道选择控制器24的输出作为开关选择信号接所说多路开关25的控制输入端，图中Bi(i＝1，2，…，8)即为图2中各路稳压稳流环节的输出点B，它们分别经各分压电阻分压后接至多路开关25的信号输入端，多路开关25的输出接A/D转换器26的输入端，经A/D变换后与数据接收器27数据输入口相接。图中通道选择控制器24选用74LS273锁存器;多路开关25选用CD4067;A/D转换器26选用ICL7135;数据接收器27选用74LS244。
图4中的阴极均流电路由三极管、上偏流电阻、基极至地之间正向串联的两个二极管、射极电阻组成。其工作原理是随着治疗电流的增加，各路阴极均流电路中Vc值亦增加，当Vc≈1.7V，对应Ik≈20mA时，三极管工作于饱和区，均流电路显示出较强的均流作用，即Vc增加较大而Ik增长甚小，于是治疗电流便从Vc值较高的阴极经癌组织流向Vc值较低的阴极，从而起到在阴极间均匀分配电流的作用。
若将图4中的两个二极管改为两只稳压二极管，则均流效果和稳定性更好。
图5中的阴极均流电路由三极管、上偏流电阻和射极电阻组成，各阴极均流电路中三极管的基极并在一起接至D/A转换器。
其工作原理是1)由程序扫描检查治疗中使用的阴极数目;
2)计算一路阴极应通过的电流数值(阴极平均电流值)IkIk＝阳极总电流/阴极数目3)程序通过计算或查表得到阴极电流值对应的数字量;
4)用此数字量进行适当的D/A转换，控制各均流电路中三极管的基极电位。
由于各均流电路中元器件参数保持了一致性，所以能实现阴极均流功能，与前述电路相比，该电路均流范围较宽，均流误差小，效果更好。
阴极均流电路的均流作用如图6所示，阳极电流Ia进入瘤体后，沿着不同的途径流向各路阴极。从阳极到各路阴极可能呈现不同的电阻(Rc1，Rc2，...Rcn)。在每根阴极针的末端与电路地之间接入均流电路28，当某路阴极电流Iki增加到使该路的Vci值大于等于1.7V时，该路均流电路进入饱和工作区，Iki仅有少许增加，Vci就会增加很多，于是流到该路阴极针的电流会通过阴极针之间的癌组织Rcc流向Vc值较低的阴极针，使得治疗电流在各路阴极之间得到较均匀的分配。
本仪器依据的治疗原理是在肿瘤组织上插入正、负电极(即阳、阴极)，使直流电从阳极流入，经肿瘤组织后从阴极流出。在此直流电电场作用下，肿瘤细胞组织的PH值发生剧烈变化，阳极区PH值降至1～2，呈强酸性，阴极区PH值升至12～14，呈强碱性，致使癌细胞膜崩溃、线粒体消失、核蛋白凝固坏死，从而使肿瘤组织遭到破坏。治疗电流按缓慢上升→保持→缓慢下降的梯形波输出，以保证治疗安全和有效。
下面说明本发明仪器的工作原理计算机从其总线送出表征治疗通道号、治疗电流强度的数据及相应的控制命令，并经总线转换环节送至仪器总线上，其中的治疗通道号使对应的D/A转换器启动，将仪器总线上的电流数据转换成模拟量，再经稳压稳流环节稳定后，从对应路的阳极针输出。输出端呈现的电压值经分压电阻从多路选择开关送到A/D转换器，经转换后依次从仪器总线、总线转换和计算机总线回送到计算机中，计算机对这些数据进行处理和显示。然后计算机按上述过程向下一通道发送治疗数据，并取回该通道的治疗信息进行处理和显示。如此循环至最后一个通道处理完毕。接着计算机再逐步按以上过程通过各通道送出数值逐渐增大的治疗电流，直至治疗电流达到预先设定的数值为止。使各通道保持该治疗电流输出一段时间，当治疗库仑量达到给定值后，再使治疗电流逐渐下降，至电流降为零时，治疗过程即告结束。治疗过程中各种治疗信息如通道号、电流、电压、电阻、库仑量均以屏幕显示，医师可随时进行调节，最后的治疗结果可以从打印机输出。
本发明的优点在于1.本发明选择了有效治疗电流作为电化学治癌技术的一项主要受控治疗参数，而治疗电压则作为一项参考的治疗参数受到监测与调节，因而使治疗过程更符合电化学治癌机理的客观需要，医生对治疗的控制更加有效更加主动;
2.本发明具有8路独立可调稳流输出的阳极，有32路带均流功能的阴极，治疗过程由微机系统控制管理。本治疗仪能为患者治疗部位提供更完善的治疗电场和更均匀合理的电流分配，可以较好地解决肿瘤局部治疗剂量不足，以致残留癌细胞的问题;而且多阳极的采用，有利于充分发挥阳极较强的治疗作用，有利于进一步提高疗效;
3.本治疗仪一次治疗肿瘤的体积可达直径11厘米，在目前各种ECT治癌仪中是最大的;本治疗仪还可同时治疗几个肿瘤块或同时治疗两位病人;
4.本发明配有计算机，因此能为用户提供更全面更丰富的临床治疗信息，其使用功能更适应电化学临床治疗的实际需要，操作更方便可靠治疗更安全有效。
权利要求
1.电化学癌肿治疗仪有计算机(1)、D/A转换(3)、A/D转换(4)及电极针电路(6)，其特征在于它还包括总线转换(2)和稳压稳流(5)两个环节，所说电极针电路(6)多于两路，每一路由一个阳极和多于两路的阴极均流电路构成，用于实现计算机和仪器之间的电气相互隔离及信号联络的总线转换(2)接在计算机总线(7)和仪器总线(8)之间，D/A转换(3)的输入与仪器总线(8)相接，其输出经稳压稳流(5)处理后，分别接电极针(6)的阳极和A/D转换(4)的输入，A/D转换(4)的输出挂在仪器总线(8)上。
2.根据权利要求1所述的电化学癌肿治疗仪，其特征在于所说总线转换(2)由多路光耦器(9)、地址锁存器(10)、写数据锁存器(11)、读数据缓冲器(12)、控制信号发生器(13)、地址缓冲器(14)、数据写缓冲器(15)、数据读缓冲器(16)及控制信号驱动器(17)组成，其中仪器的地址信号由计算机依次从计算机总线DB、地址锁存器(10)、光耦器(9)、地址缓冲器(14)送至仪器总线AB1上;计算机的数据信号依次经计算机总线DB、写数据锁存器(11)、光耦器(9)、数据写缓冲器(15)写到仪器总线DB1上;仪器的数据信号依次经其总线DB1、数据读缓冲器(16)、光耦器(9)、读数据缓冲器(12)送至计算机的数据总线DB上;计算机的数据信号依次经计算机总线DB、控制信号发生器(13)、光耦器(9)和控制信号驱动器(17)送至仪器总线CB1上。
3.根据权利要求1所述的电化学癌肿治疗仪，其特征在于所说D/A转换(3)由输入端口与仪器总线DB1相接的数据缓冲器(18)、输入端接仪器总线AB1和CB1的地址译码器(19)、及八个D/A转换器(20)组成，所说数据缓冲器(18)的输出接各D/A转换器(20)的数据输入口，所说地址译码器(19)的各个输出分接各D/A转换器(20)的启动转换脚。
4.根据权利要求1所述的电化学癌肿治疗仪，其特征在于所说稳压稳流环节(5)分成相同的八路，每一路由依次串联的稳压放大器(21)、稳流放大器(22)和驱动器(23)组成，所说稳压放大器(21)的输入与所说D/A转换(3)的输出相接，所说驱动器(23)的输出接电极针电路(6)和A/D转换(4)的输入。
5.根据权利要求1所述的电化学癌肿治疗仪，其特征在于所说的A/D转换(4)由输入端接仪器总线DB1的通道选择控制器(24)、多路开关(25)、A/D转换器(26)和输出端接仪器总线DB1的数据接收器(27)组成，所说通道选择控制器(24)的输出作为开关选择信号接所说多路开关(25)的控制输入端，所说稳压稳流环节(5)的输出信号与所说多路开关(25)的信号输入端相接，后者的输出信号接入所说A/D转换器(26)的输入端，经A/D变换后与所说数据接收器(27)的输入口相接。
全文摘要
本发明由计算机1、总线转换2、D/A转换3、A/D转换4、稳压稳流5及电极针电路6组成。总线转换2接在计算机总线7和仪器总线8之间，D/A转换3的输入接仪器总线8，其输出经稳压稳流5后接电极针电路的阳极和A/D转换的输入，A/D转换的输出接仪器总线。本发明采用多路阳极独立输出可治疗巨大型肿瘤，也可同时治疗多个小型肿瘤或数个患者，治疗参数可动态调节，并可自动记录、存储、打印治疗数据。
文档编号A61N1/18GK1086444SQ93119769
公开日1994年5月11日 申请日期1993年11月6日 优先权日1993年6月12日
发明者郭青苔, 宁震环, 王顺喜 申请人:北京市海淀区大地电子技术开发公司